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【JUC源码解析】ConcurrentSkipListMap

时间:2018-05-08 23:54:07      阅读:206      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:eve   OLE   volatile   空指针   conda   image   out   没有   app   

简介

基于跳表,支持并发,有序的哈希表。

跳表

红色路径为寻找结点F。

拿空间换时间,时间复杂度,O(nlogn).

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源码分析

内部类

Node

属性

1         final K key; //
2         volatile Object value; //
3         volatile Node<K,V> next; // 指向下一个结点

 

构造方法

 1         Node(K key, Object value, Node<K,V> next) { // 构造方法
 2             this.key = key;
 3             this.value = value;
 4             this.next = next;
 5         }
 6 
 7         Node(Node<K,V> next) { // 构造方法,用来构建标记结点,特点是值为自身
 8             this.key = null;
 9             this.value = this;
10             this.next = next;
11         }

 

核心方法

 1         boolean isBaseHeader() { // 是否为头结点(每级)
 2             return value == BASE_HEADER;
 3         }
 4 
 5         boolean appendMarker(Node<K,V> f) { // 插入标记结点
 6             return casNext(f, new Node<K,V>(f));
 7         }
 8 
 9         void helpDelete(Node<K,V> b, Node<K,V> f) { // 帮助删除
10             if (f == next && this == b.next) { // 如果b和f分别是自己的前驱结点和后继结点
11                 if (f == null || f.value != f) // 当前结点还没有被标记删除(后接标记结点)
12                     casNext(f, new Node<K,V>(f)); // 直接删除当前结点
13                 else // 如果已经标记为删除,则一次性删除当前结点后标记结点
14                     b.casNext(this, f.next);
15             }
16         }

 

Index

属性

1         final Node<K,V> node; // 指向实际结点
2         final Index<K,V> down; // 指向下级索引
3         volatile Index<K,V> right; // 指向右侧索引

 

构造方法

1         Index(Node<K,V> node, Index<K,V> down, Index<K,V> right) { // 构造方法
2             this.node = node;
3             this.down = down;
4             this.right = right;
5         }

 

核心方法

 1         final boolean indexesDeletedNode() { // 删除索引结点
 2             return node.value == null;
 3         }
 4 
 5         final boolean link(Index<K,V> succ, Index<K,V> newSucc) { // 链接(右侧插入)新索引
 6             Node<K,V> n = node; // 当前索引的node域
 7             newSucc.right = succ; // 新索引的right域名设为当前索引的右侧索引
 8             return n.value != null && casRight(succ, newSucc); // 若node结点没被删除,设置新索引到当前索引的right域
 9         }
10 
11         final boolean unlink(Index<K,V> succ) { // 解除当前索引的右侧索引
12             return node.value != null && casRight(succ, succ.right); // 若node结点没被删除,设置右侧索引的右侧索引到当前索引的right域
13         }

 

HeadIndex

1     static final class HeadIndex<K,V> extends Index<K,V> { // 继承Index
2         final int level; // 级别
3         HeadIndex(Node<K,V> node, Index<K,V> down, Index<K,V> right, int level) {
4             super(node, down, right);
5             this.level = level;
6         }
7     }

 

属性

 1     private static final Object BASE_HEADER = new Object(); // 标明基础层(Node层)头节点
 2 
 3     private transient volatile HeadIndex<K,V> head; // 最顶层头节点
 4 
 5     final Comparator<? super K> comparator; // 比较器
 6 
 7     private transient KeySet<K> keySet; // 键集合
 8     
 9     private transient EntrySet<K,V> entrySet; // 键值对集合
10     
11     private transient Values<V> values; // 值集合
12     
13     private transient ConcurrentNavigableMap<K,V> descendingMap; // 降序(键)集合

 

构造方法

 1     public ConcurrentSkipListMap() {
 2         this.comparator = null;
 3         initialize();
 4     }
 5 
 6     public ConcurrentSkipListMap(Comparator<? super K> comparator) {
 7         this.comparator = comparator;
 8         initialize();
 9     }
10 
11     public ConcurrentSkipListMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
12         this.comparator = null;
13         initialize();
14         putAll(m); // 将m中的元素加入跳表
15     }
16 
17     public ConcurrentSkipListMap(SortedMap<K, ? extends V> m) {
18         this.comparator = m.comparator();
19         initialize();
20         buildFromSorted(m); // 根据m的元素及顺序构建跳表
21     }

 

核心方法

initialize()

1     private void initialize() {
2         keySet = null;
3         entrySet = null;
4         values = null;
5         descendingMap = null;
6         head = new HeadIndex<K, V>(new Node<K, V>(null, BASE_HEADER, null), null, null, 1); // Node.value = BASE_HEADER, 基础层(Node层)头节点
7     }

 

doPut(K, V, boolean)

方法签名

1     private V doPut(K key, V value, boolean onlyIfAbsent) {
2         
3     }

 

寻找插入点,构建新结点,完成基础层(Node层)的插入操作

 1         Node<K, V> z; // 指向待插入结点
 2         if (key == null) // 参数校验,键为空,抛出空指针异常
 3             throw new NullPointerException();
 4         Comparator<? super K> cmp = comparator; // 比较器
 5         outer: for (;;) { // 外层循环
 6             for (Node<K, V> b = findPredecessor(key, cmp), n = b.next;;) { // n为当前结点,b是n的前驱结点,新结点是要插入到b和n之间的
 7                 if (n != null) {
 8                     Object v; // 指向当前结点的value
 9                     int c; // 比较key的结果
10                     Node<K, V> f = n.next; // n的后继结点
11                     if (n != b.next) // 如果数据不一致(有别的线程修改了其前驱结点的next域)
12                         break; // 重新读取
13                     if ((v = n.value) == null) { // 如果n被删除
14                         n.helpDelete(b, f); // 去帮助删除,使其尽快结束
15                         break; // 重新读取
16                     }
17                     if (b.value == null || v == n) // b结点被删除(其value为null,或其后继结点是marker结点)
18                         break;
19                     if ((c = cpr(cmp, key, n.key)) > 0) { // key大于n结点的key值,因为要插入到当前结点的前面,所以不满足要求,需要右移
20                         b = n;
21                         n = f; // 右移
22                         continue; // 继续
23                     }
24                     if (c == 0) { // 键相等,替换
25                         if (onlyIfAbsent || n.casValue(v, value)) {
26                             @SuppressWarnings("unchecked")
27                             V vv = (V) v;
28                             return vv; // 返回旧值
29                         }
30                         break; // CAS失败,有别的线程捣乱,重来
31                     }
32                 }
33 
34                 z = new Node<K, V>(key, value, n); // 构建新结点
35                 if (!b.casNext(n, z))
36                     break; // CAS失败,有别的线程捣乱,重来
37                 break outer; // 成功,则跳出外层循环
38             }
39         }

 

随机选取层(大于当前最大层,新增一层,同时更新顶层头索引head),构建纵向索引链

 

 1         int rnd = ThreadLocalRandom.nextSecondarySeed(); // 获取一个线程无关的随机数,int类型,32位
 2         if ((rnd & 0x80000001) == 0) { // 最高位和最低位为1的情况下,除基础层新增结点外,各层均不再增索引
 3             int level = 1, max;
 4             while (((rnd >>>= 1) & 1) != 0) // 低位(从第2位开始)连续为1的个数,作为选取层
 5                 ++level;
 6             Index<K, V> idx = null; // 指向从顶层开始第一个需要调整的索引,一般是选择层level,如果level大于max,说明需要新增一层,而新增的那层(level层)不需要调整(head->HeadIndex)指向它就行,所以此时,idx指向level-1层新增的索引
 7             HeadIndex<K, V> h = head; // 顶层头索引
 8             if (level <= (max = h.level)) { // 如果选取的层没有超出最大层
 9                 for (int i = 1; i <= level; ++i) //构建一个从 1 层到 level层的纵纵向索引(Index)链
10                     idx = new Index<K, V>(z, idx, null); // 此时,idx指向level层新增的索引
11             } else { // 如果选取层超过了最大层,则增加一层索引
12                 level = max + 1; // 此时,level为老的最大层加1
13                 @SuppressWarnings("unchecked")
14                 Index<K, V>[] idxs = (Index<K, V>[]) new Index<?, ?>[level + 1]; // 用长度为level+1的数组,保存各层(1到level层,数组[0]未使用,为的是索引的层数与其所在数组的下标相等)新增索引的引用
15                 for (int i = 1; i <= level; ++i)
16                     idxs[i] = idx = new Index<K, V>(z, idx, null); // 每层新增索引保存在对应其层数的下标位置处,idx最后指向level层新增的索引
17                 for (;;) {
18                     h = head; // 再次获取顶层头索引
19                     int oldLevel = h.level; // 获取老的最大层
20                     if (level <= oldLevel) // 如果选取层又比oldLevel小了,说明,别的线程抢先更新过跳表了
21                         break; // 跳出循环,idx最后指向level层的索引,同没有超出最大层的情况
22                     HeadIndex<K, V> newh = h;
23                     Node<K, V> oldbase = h.node;
24                     for (int j = oldLevel + 1; j <= level; ++j) // 更新新增层纵向头索引,正常情况下只新增一层
25                         newh = new HeadIndex<K, V>(oldbase, newh, idxs[j], j); // newh最后指向顶层头索引
26                     if (casHead(h, newh)) { // CAS head(head始终指向顶层头索引)
27                         h = newh; // h也指向顶层头索引
28                         idx = idxs[level = oldLevel]; // idx指向老的顶层头索引
29                         break; // 跳出循环
30                     }
31                 }
32             }

 

自选取层至底层,连接各层新增索引,完成跳表的构建

 

 1             splice: for (int insertionLevel = level;;) {
 2                 int j = h.level;
 3                 for (Index<K, V> q = h, r = q.right, t = idx;;) {
 4                     if (q == null || t == null) // 头节点被删除,或者新增索引为空,直接跳出外层循环
 5                         break splice;
 6                     if (r != null) {
 7                         Node<K, V> n = r.node; // 获得右索引结点
 8                         int c = cpr(cmp, key, n.key); // 比较key
 9                         if (n.value == null) { // n(正在)被删除
10                             if (!q.unlink(r)) // 解除r索引
11                                 break; // 如果失败,说明有别的线程干预,跳出内循环,重新获取level
12                             r = q.right; // 获取新的右索引
13                             continue; // 继续
14                         }
15                         if (c > 0) { // key大于n结点的key值,需要右移
16                             q = r;
17                             r = r.right; // 右移
18                             continue; // 继续
19                         }
20                     }
21 
22                     if (j == insertionLevel) {
23                         if (!q.link(r, t)) // 将t插在q和r之间
24                             break; // 如果失败,跳出内循环,重试
25                         if (t.node.value == null) { // t索引指向的结点被删除
26                             findNode(key);
27                             break splice; // 跳出外层循环
28                         }
29                         if (--insertionLevel == 0) // 处理结束
30                             break splice; // 跳出外层循环
31                     }
32 
33                     if (--j >= insertionLevel && j < level)
34                         t = t.down; // 处理下一层索引
35                     q = q.down; // 同步更新
36                     r = q.right; // 同步更新
37                 }
38             }

 

 

 

 

doRemove(Object, Object)

doGet(Object)

findFirst()

findPredecessor(Object, Comparator<? super K>)

findNode(Object)

tryReduceLevel()

buildFromSorted(SortedMap<K, ? extends V>)

 

行文至此结束。

 

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